6260技术规格书130522.docx
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6260技术规格书130522
WMMP-JTSC
Φ6260mm土压平衡盾构机
技术规格书
中铁七局集团武汉工程有限公司
武汉船用机械有限责任公司(WMMP)
日本隧道设备株式会社(JTSC)
2013年3月
保密申明
所有和本文相关的内容、附录及图纸等文件和资料均属于武汉船用机械有限责任公司、日本株式会社JTSC的独有财产。
买方收到这些文件和资料后,未经武汉船用机械有限责任公司和日本株式会社JTSC同意不得向第三者复印和泄漏这些文件和资料的任何内容。
1.技术标准和规范
盾构机的设计、制造、安装和调试以及检查验收均依据下列标准及规范:
(1)通用标准:
适用标准如下所示:
ISO:
国际标准化组织
隧道标准规范[盾构机工法编]及解说(日本土木协会编制)
JIS:
日本工业标准
JEM:
日本电机工业会标准
JEC:
电气规格调查会标准
日本油空压工业会标准
日本劳动安全卫生法
日本消防法
上述标准以外的标准为株式会JTSC社的企业标准。
除非技术规格中另有规定,计量单位均采用中华人民共和国法定计量单位。
(2)电气设备防护等级:
所有电气柜、箱及电源插座、盾构机控制室、电动机等的防护等级均按买方确定的等级要求制造,已含在投标总价内。
(3)材料和结构:
盾构机的所有零部件均选用符合规范的材料。
重要材料都具有质量保证书或检验报告。
连接螺栓、焊条和焊丝的材料都符合标准和规范的要求,并和主体材料的强度相适应。
钢材满足强度、刚度、稳定性及便于制造和维修的要求。
主要结构的设计,力求简单、受力明确、力求通畅、传力直接、尽量避免应力集中的影响。
结构外形便于安装盒维修。
(4)制造工艺:
焊接工艺和焊缝质量的检验严格遵照确认的规范和标准,以保证设备的优良品质。
结构件的焊缝均为连续焊缝,重要的焊缝外表进行打磨。
对于重要的对接焊缝进行探伤检查。
焊缝质量分别按制造国标准检验。
重要的轴类零件进行探伤检验并经过适当的热处理。
板材和型材采用压力机和弯管机进行校直或弯板成型加工。
2.适用范围说明
岩土工程勘察报告
在隧道开挖范围内,以粘土,砂土为主。
能够适用于武汉地铁3#线3标段及同等或同类地质条件的盾构施工。
3.设备总体布置图
总体布置图及刀具布置轨迹图,见附录。
4.盾构机总体参数
4.1主要参数表
名称
项目
WMMP—JTSC
盾构掘进机型号
Ф6260mm铰接土压平衡盾构机
适用工程条件
最小曲率半径
250m
最大坡度
5%
地质情况
粘土、砂土
适用的管片规格
内径×外径×宽度
Φ5400×Φ6000×1500
分度
22.5°
每环数量×最大单块重量
6块,最大单重约3.5吨
封顶形式
纵向插入
夹取方式
机械式抓取
设备重量
盾构主机
约290吨
后配套
约60吨
主要技术参数
整机总功率
约1280KVA
总推进力
40000kN
掘进速度
92mm/min(所有推进油缸一起工作)
开挖直径
Φ6290mm
盾壳外径
Φ6260mm
整机长度
76105mm
主机总长
9715mm(含刀盘长度)
前后铰接角
±1.1°
水平转弯半径
250m
纵向爬坡能力
5%
盾构壳体
切口环长度
1755mm
切口环壳体厚度
32mm
切口环重量
约30吨
土压传感器数量
3个(土舱3个)
固定搅拌棒数量
1
切口环隔板上超前注入孔数量
18
螺旋机圆筒部注入口数量
2
切口环外周注入口数量
6
支撑环长度
2765mm
支撑环壳体厚度
32mm
支撑环重量
约20吨
盾尾长度
4775mm
尾盾盾壳厚度
45mm
盾尾重量
约55吨
盾尾外周注入口数量
6
盾尾油脂密封管数量
12
单液注浆管数量
8(4用4备)
盾尾间隙
30mm
盾尾密封
3排,钢丝刷型
壳体主要材质
Q345B
刀盘
形式和支撑方式
准面板式,中间支撑
刀盘直径
Φ6260mm
刀盘长度
950mm(中心刀为滚刀),1210mm(中心刀为鱼尾刀)
主要材质
Q345B
重量
约45吨
开口率
39%
主动搅拌棒数量
2
旋转方向
正反转
中心回转接头中泡沫通道数量
3(和膨润土通道共用)
中心回转接头中膨润土通道数量
3(和泡沫通道共用)
中心回转接头中液压通道数量
添加剂注入口数量
5(泡沫和膨润土为两个相互独立的系统)
刀盘驱动
驱动方式
电动变频驱动
驱动数量及功率
10台X55kw/台=550kw
转速
~1.6r/min
刀盘最大扭矩
5236kN·m(扭矩系数=21.3)
刀盘密封形式
角密封+唇式密封+盘形唇式密封
主轴承
型式
三排三列滚柱轴承
转动直径
推进
向心
反推进
Φ2450mm
Φ2377mm
Φ2300mm
滚子径
Φ60
Φ32
Φ32
密封形式
多道密封
寿命
通常软土10,000小时,硬岩2,800小时
刀具
中心刀
鱼尾型中心刀和中心滚刀可互换
鱼尾型中心刀高度
350mm
中心滚刀高度
90mm
刮刀
92把
刮刀高度
55mm
先行刀
21把(和滚刀可互换)
先行刀高度
130mm
仿形刀数量、行程
2个,100mm
注浆口保护刀
10
外周圈保护刀
8
外周圈保护刀高度
25mm
滚刀
28把双刃(13*正面,8*周边,7*中心滚刀)(和先行刀可互换)
滚刀高度
90mm
换刀方式
开仓换刀,刀具为背装式
推进油缸
规格
16×2500KN×2300mm×34.3MPa
数量
16
缸径
300mm
杆径
230mm
行程
2300mm
工作压力
34.3MP
最大总推力
40000KN
位移传感器数量
4只外置
分区数量
4个(上3、下5、左右各4)
铰接油缸
数量×推力×行程×压力
12×2500KN×200mm×34.3MPa
型式
V型中折方式
数量
12
缸径
300mm
杆径
210mm
行程
200mm
工作压力
34.3MP
最大总推力
30000KN
位移传感器数量
4只外置
铰接密封型式
V型中折密封
螺旋输送机
型号
900型(带式)
驱动方式
液压马达
驱动马达数量
2
排土能力
307/147m3/h
螺杆外径×螺距
Φ900mm×p1100mm
旋转方向
正、反转
转速
最大12.3rpm
旋转扭矩
最大166kN.m×32.3MPa
功率
75KW×2=150KW
添加剂注入口
2
螺旋闸门千斤顶
2×253kN×20.6Mpa(Φ125×Φ70×820)mm
可排最大砾石直径
Φ628×930L
安装坡度
21°
皮带输送机
能力
413m3/h
长度
(根据客户渣土机车参数设计)
皮带宽度
750mm
皮带速度
120m/min
功率
22kw
倾斜段角度
14°
管片拼装机
型式
中心回转式
夹取方式
机械式抓取
驱动马达数量
2
驱动功率
37Kw
拼装机回转速度
0.5/1.0r/min
回转角度
±220°
提升(径向)行程
800mm
平移(轴向)行程
425×2=850mm
支撑千斤顶行程
110mm
自由度
6个
控制方式
有线、无线
管片运送装置
型式
双梁
驱动型式
链轮链条驱动
起吊重量
3.2×2吨
控制方式
有线
一次梁长度
14390mm
一次葫芦吊行程
10590mm
二次梁长度
7825mm
二次葫芦吊行程
5436mm
同步注浆系统
型号
单液,有洗净装置;
备用4个,TAC泵。
压力
1.5MPa
膨润土、泡沫注入系统
型号
无
能力
添加剂注入系统和泡沫注入系统相互独立
人闸
型号
双室
设计压力
1.05MPa
工作压力
0.5MPa
人数
2
拖车
拖车数量
7
拖车轨距
2050mm
净空尺寸
1800×3145
拖车总重
约60吨
供电系统
初次电压
10KV
二次电压
380V
变压器型式
箱式变压器(干变)
变压器容量
1400KVA
变压器数量
2
防护等级
IP55
频率
50HZ
4.2电机参数表
输出功率(kW)
级数(P)
台数
电源
AC
3相
推进系统
75
4
1
380
50
刀盘系统
55
6
10
380
40~100(变频)
螺旋输送机系统
75
4
2
380
50
螺旋输送机闸门系统
30
4
1
380
50
仿形刀
7.5
4
1
380
50
管片拼装机旋转系统
37
4
1
380
50
管片拼装机千斤顶
7.5
4
1
380
50
4.3装机功率表
序号
名称
功率(KW)
电流(A)
数量(个)
1.
刀盘系统
55
105
10
2.
螺旋机系统1
75
135
1
3.
螺旋机系统2
75
135
1
4.
螺旋机闸门千斤顶
30
58.6
1
5.
推进系统
75
135
1
6.
仿形刀系统
7.5
15.2
1
7.
油脂泵
0.4
1.2
2
8.
拼装机旋转系统
37
72
1
9.
拼装机千斤顶
7.5
15.2
1
10.
皮带输送系统
22
43.9
1
11.
空压机
37
72
1
12.
泡沫系统
30
58.6
1
13.
同步注浆
55
105
2
14.
加泥系统
75
135
1
15.
一次吊
15
28.3
2
16.
二次吊
15
28.3
2
17.
高压泵
30
58.6
1
18.
插座
18.5
36
2
19.
控制变压器
10
28
2
20.
总计
1278.8KW
2437.8
4.4千斤顶参数
名称
推(KN)力
数(P)量
最高工作压力(MPa)
行程
盾构推进千斤顶
2500
16
34.3
2300
铰接千斤顶
2500
12
34.3
200
仿形刀千斤顶
195
2
20.6
超挖量100
螺旋机闸门千斤顶
253
2
20.6
820
管片拼装机
伸缩千斤顶
108
2
13.7
800
滑动千斤顶
70
2
13.7
425
支撑千斤顶
43
4
13.7
110
4.5液压泵参数表
型式
流量(L/min)
最大工作压力
台数(台)
液
压
泵
推进系统
柱塞泵(变量泵)
104
34.3
1
仿形刀系统
齿轮泵
15.3
20.6
1
螺旋输送机系统
柱塞泵(变量泵)
260/172
13.7/20.6
2
螺旋输送机闸门系统
齿轮泵
51.6
20.6
1
管片拼装机旋转系统
柱塞泵
134
13.7
1
管片拼装机千斤顶系统
齿轮泵
21.2
13.7
1
4.6液压马达参数表
类型
吸入量
(cm3/rev)
最高工作压力
(MPa)
扭矩
(kN.m)
台数
(台)
型号
液压马达
螺旋输送机
系统
柱塞式
液压马达
2498
20.6
8.1
2
MS25-0
管片拼装机
旋转系统
柱塞式
液压马达
4198
13.7
9.15
2
MS25-2
5.各部组件成和功能说明
5.1盾构壳体
盾构壳体是盾构机非常重要组成部分,要求有很好的刚性结构,它承受着作用于盾构上的全部载荷,包括地层压力、正面阻力、千斤顶的反作用力、切削扭矩、衬砌拼装时的施工载荷等。
其内布置有刀盘驱动系统、推进千斤顶、管片拼装机、铰接千斤顶、螺旋输送机及部分液压设备、动力设备、操纵控制台、人闸、传感器及密封装置等。
本盾构机盾尾部的板厚采用PL100(含盾尾凸台),盾构机的外径采用Φ6260mm,以将盾尾间隙控制在最小范围(盾尾间隙为单侧30mm),并能有效地抑制地面下沉,节约注浆费用。
盾构机壳体为圆形截面钢结构。
盾构机的结构在设计时考虑承受土压、水压及其它可能预想到的负荷。
(1)盾构机切口环
切口环主要钢板厚度为32mm,主要材质为Q345B,通过隔板传递作用于刀盘的土压负荷。
检修、检查土仓内的人闸安装在隔板上。
隔板上装有以下装置(如图所示):
a.土压计
b.螺旋输送机
c.刀盘驱动装置
d.人闸
e.添加材(气泡、水等)注入口
f.设置有超前加固的预留孔
g.压缩空气注入口(4B)
(刀盘参考图)
(2)盾构机支撑环
盾构机支撑环主要钢板厚度为32mm,主要材质为Q345B,和盾构机切口环用螺栓接合在一起。
盾构机支撑环内配备有管片拼装机和盾构机推进千斤顶,这些千斤顶既可以全部同时操作,也可按4个分区单独操作。
千斤顶的伸缩速度可以通过变量泵进行调整。
(3)盾构机盾尾环
盾构机盾尾主要钢板厚度为45mm,主要材质为Q345B,为了保证盾尾壳体和管片之间的密封性,盾尾上配备三道钢丝刷式密封。
为了提高盾尾密封的止水性和寿命,盾尾上配备有可注入盾尾密封油脂的注油孔。
盾尾壳体配备有以下装置:
a.同步注浆设备;
b.自动加密封油脂装置(盾尾密封用)。
5.2刀盘和刀具
刀盘的设计需考虑本工程的土压、水压、土质的物理性能、掘进距离等施工条件。
(1)刀盘结构
刀盘为圆形,采用准面板式结构。
刀盘是由中心轮毂、中间支撑组成的。
刀盘和驱动部分通过中间支撑联接。
(2)刀盘参数
参数名称
数据
备注
规格
准面板式
挖掘直径
Φ6290mm
刀头
硬岩掘进采用滚刀刀头,软土掘进采用超硬刀片型刀头鱼尾形刀头
仿形刀数量
2个
旋转方向
顺时针和逆时针旋转
(3)刀具
a.采用信赖性高的刀具,具有良好的耐冲击性;
b.配置先行刀具,保护主刀具,减少挖掘负载。
先行刀、主切削刀、外周圈保护刀、滚刀等各种刀具都采用硬质合金材料制成的刀头。
c.主切削刀采用栓接方式安装在面板上。
序号
名称
数量
备注
1
中心刀
1
鱼尾型中心刀和中心滚刀可互换
2
刮刀
92把
3
先行刀
21把
和滚刀可互换
4
仿形刀
2个,
行程100mm
5
注浆口保护刀
10
6
外周圈保护刀
8
7
滚刀
28
28把双刃滚刀(13*正面,8*周边,7*中心滚刀)和先行刀可互换
刀具参考照片
5.3刀盘驱动装置
刀盘的驱动方式为电机驱动,电机通过行星减速器和刀盘主轴承啮合传递动力。
(1)主轴轴承
主轴承是盾构机最重要的部件之一,采用日本制造的耐高压三排三列的滚珠轴承。
刀盘大轴承外齿圈和小齿轮相啮合,大轴承安装在承受荷载作用的切口环上。
轴承采用耐负荷和长寿命的高性能滚柱轴承,将径向及轴向的负荷传给壳体。
主轴承参考图
主轴承使用寿命:
通常软土10,000小时,硬岩2,800小时;
主驱动设置过载保护系统;
(2)刀盘密封装置
刀盘密封采用可靠性很高的密封。
刀盘密封用来防止砂土和泥水进入主轴承和盾构机内,耐压为1MPa。
密封装置由下述密封件组成:
a.角密封
b.唇式密封
c.盘形唇式密封
刀盘密封是采用NBR材料。
刀盘密封是否需要冷却,是由刀盘的旋转速度决定的。
从此次工程的条件来判断,密封不需要冷却,所以没有装备冷却装置。
(3)润滑油供油
减速机为油浸式。
采用集中润滑系统自动向各个密封部分、轴承部分加油,从而提高密封件和轴承的寿命。
油脂泵参考图
(4)刀盘控制
刀盘可以顺时针和逆时针两个方向旋转。
通过按钮可进行遥控操作。
旋转速度可进行变速控制。
刀盘采用变频控制方式,刀盘的旋转速度可以分为14挡。
根据不同的条件分别设定旋转速度,在刀盘起动时,为了防止产生过大负载损伤马达,采用变频控制。
(5)刀盘驱动装置参数表
参数名称
数据
备注
刀盘支撑方式
中间支撑方式
电动马达数量
10台
变频器
功率
550kW
电动马达55kW,10台
100%扭矩
45Hz
5236kN.M
α=21.3
最大转速
75Hz
1.6rpm
55KW变频电机参考图片
5.4仿形刀
仿形刀用于盾构机在拐弯隧道区间施工时所需的扩挖,以及修正盾构机的姿势。
当需要修正盾构机方向而进行扩挖时,为了减少对周围地层的影响,可以通过盾构机的操作盘来控制仿形刀在刀盘回转的同时,根据需要来进行的任意方位的扩挖。
通过盾构机的操作盘可以控制仿形刀的扩挖量,最大超挖量100mm。
本盾构机在刀盘的两根辐条中分别备有1套液压式仿形刀,需要时使用1套,备用1套。
仿形刀参考照片
5.5人闸
人闸用于紧急条件下需要操作人员从盾构机内进到隧道的开挖面进行检查或作业的设备。
在切口环隔板上部装有1套人闸,人闸是根据人体工程学进行设计的。
人闸设置在切口环的隔板上部,两端设置出入用的气密门。
盾构机内安装有测量人闸门内的气压和隧道内气压的压力计、输气管、排气管的操作阀,用于人员出入时操作。
另外,人闸内安装有测量隧道内或开挖面气压及操作中的气压的压力计、输气阀、排气阀。
在后续台车上设有维持土仓气压稳定的整套自动调节设备。
(1)人闸的操作:
操作员从盾构机内进入开挖面时,打开排气阀使闸门内的气压和大气压相通,关闭排气阀打开气密门,操作员进入闸门内关闭气密门,使气压慢慢上升为和开挖面的气压一样;然后打开开挖面一侧的气密门,进入开挖面内。
操作员从开挖面进入盾构机时,按照和上述操作步骤相反的步骤进行操作。
(2)人闸规格
数量:
1个使用压力:
0.5MPa载人数:
2名型式:
2室
5.6铰接装置
铰接装置连接于盾构机支撑环和盾尾之间。
铰接装置能使盾构机在急性曲线施工时发挥巨大的作用,使用该装置还能有效地改善盾构机的姿势控制,铰接装置需满足本工程中任意方向最小水平曲率半径为250m及最大竖曲线2000m的施工需要。
本设备采用IHI的专利技术设计的铰接装置满足任意方向的铰接运动,使曲线施工和方向调整更加便利,其曲线施工性能分析如表所示。
250m的曲线施工性能分析
曲率半径
管片宽度
中折角度
盾尾间隙
需要的超挖量
结论
250m
1500mm
1.1o
25mm
(11mm)
◎
铰接连接部位的密封系统是非常重要的。
采用单端连接铰接形式(V型铰接),以保持密封状态的优越性。
铰接密封耐压:
0.5MPa。
铰接装置参考图
5.7螺旋输送机
螺旋输送机的功能是将切削出的泥土从土仓送到皮带输送机然后装入土方车中,螺旋输送机安装在盾构机切口环的隔板下部。
(1)结构及设备
螺旋输送机可方便地对外护筒、螺旋叶片进行维修,同时螺旋输送机螺旋叶片和外护筒的内表面焊有耐磨层。
设有断电紧急关闭装置,密封可靠。
在螺旋输送机外壳上装有下述装置:
a.注入口2个;
b.排土门2个,
螺旋输送机通过液压马达可按照顺时针或逆时针方向旋转。
正常工作排土时顺时针方向旋转,堵塞时逆时针方向旋转。
(2)操作
螺旋输送机的转速是可变的。
螺旋输送机的操作可以按照正、反两种方向旋转,通过操作盘控制动力柜内的电磁阀来换向。
螺旋输送机出土量可根据土仓内的土压力自动调节,也可进行手动操作。
当出现停电时,通过盾构机控制室内的手动阀可以紧急关闭螺旋输送机的排土门。
(3)螺旋输送机参数
参数名称
数据
备注
螺旋型式
900带式
螺旋尺寸
Φ900mm×p1100mm
转速
12.3rpm
排土量
307/147m3/h
可排卵石最大直径
φ628mm×L930mm
旋转方向
正/反转
5.8皮带输送机
皮带输送机安装在螺旋输送机出土闸门下部,负责把土砂排到后方渣土车里。
(1)构造
皮带输送机由支架、导辊、皮带、挡板组成,后端端部配备有驱动系统。
土砂从螺旋输送机闸门下部落到皮带输送机上。
皮带输送机结构简图如图所示:
(2)皮带输送机和螺旋输送机的匹配计算
皮带膨胀率为1.3,螺旋输送机最大排土量:
307m3/h,则皮带输送机需要输送的容量为:
Q=307×1.3=399.1m3/h<413m3/h
皮带输送机参数
参数名称
数据
备注
配备数量
1台
皮带宽度
750mm
输送能力
413m3/h
皮带速度
120m/min
电机功率
22kW
(3)皮带输送机配置
皮带输送机配有清洗装置和皮带张紧装置,具有曲线调整功能。
在皮带输送机末端排土部位(台车两内侧)设置橡胶防护板以防止渣土外溅。
5.9管片拼装机
(1)管片拼装机的构成
a.旋转架
旋转架是通过液压马达转动。
旋转架为环形齿轮型,为焊接结构。
b.导辊
c.伸缩千斤顶
d.滑动千斤顶
e.支撑千斤顶
(2)操作
管片拼装机的各种操作都可以单独进行。
管片拼装过程中,通过线控或遥控两种控制方式可以对管片拼装机和推进千斤顶进行控制。
考虑到管片采用错缝拼装,管片拼装机的旋转角度设计为±220°。
管片拼装机设置快、慢档。
能够承载的管片最大重量为38kN,管片拼装机具有足够的提升能力,并且可以确保拼装管片的平稳及安全。
(3)管片拼装机参数
参数名称
数据
备注
规格
管片拼装机
1套
管片数量
6
管片最大重量
35kN
管片宽度
1500mm
旋转
顺时针旋转、逆时针旋转
旋转速度
0.5/1rpm
旋转角度
±220o
(4)盾尾密封钢刷更换
管片拼装机装备了滑动框架,可以更换靠近刀盘侧的一道盾尾密封钢丝刷。
管片拼装机参考照片
5.10管片运送装置
管片运送装置是将管片从输送台车上吊运到盾构机主体后部管片拼装机处的装置。
管片运送装置采用两次输送方式:
第一次管片运送装置将管片从输送台车输送到后方作业平台处,并且改变管片搬运方向(90°旋转),第二次管片运送装置将管片搬运到管片拼装机处的管片抓取位置。
基于工程施工的以下特点,采用电动葫芦装置运送管片:
(1)工程中250m的曲线施工;
(2)可以有效利用盾尾下部空间,扩大进入盾构机内的通路和操作空间;
(3)操作性强、可靠性高;
(4)搬运中不会脱落、安全
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